近年来,随着无线通信技术高速发展,对应用于无线通信系统的微波器件提出了更高的要求。为了更好地满足多种通信标准并存的通信体制,多频带通滤波器作为无线通信系统中不可或缺的器件,得到了越来越多国内外学者的关注与研究。同时,由于多频带阻滤波器能够较好地抑制无线通信频谱信号相互干扰,提高通信系统抗干扰能力,从而得到了越来越多研究人员的重视。本文针对现代无线通信系统的应用需求,通过研究多模谐振器的特性,提出新型多模谐振器结构,实现紧凑型高性能多频带通滤波器、多频带阻滤波器的设计与研制,并且结合时域混合算法,对复杂电磁环境下工作的多频滤波器进行了可靠性分析。本文的主要研究工作如下:1.提出了紧凑型高性能多频带通滤波器的设计方法及实现方案。设计多频带通滤波器时,随着滤波器通带数目的增加,滤波电路的拓扑结构变得更加复杂,要使得各通带电气性能表现良好,所需要调节控制的电路参数将大幅增多,难度显著增加。首先,本文基于分裂结构多模谐振器,提出一种频率可控多频带通滤波器设计方法。通过在单分裂结构上增加对称开路枝节或者通过平行耦合传输路径耦合新的分裂结构单元来实现通带数量的增加,两种方式可以单独或者配合实现多频设计。并且在实现滤波电路多频带小型化的同时,每个通带的中心频率可控。然后,为了实现通带间更高的隔离度,基于λ/4阻抗谐振器加载开路枝节多模谐振器,提出一种具有高隔离度的多频带通滤波器设计方法,通过对称枝节数量控制通带数目来实现滤波电路的多频设计。最后,基于对称枝节加载谐振器,提出了一种小型化多频带通滤波器设计方法。通过多组基波和高次谐波的叠加,实现滤波电路的多频设计,并且解决了电路拓扑结构复杂的问题,实现了滤波电路的小型化,同时带内外电气性能表现优越。2.基于多模谐振器,实现了小型化多频带阻滤波器的研制。多频带阻滤波器传统的设计思路与方法,可控模式数相对较少,加大了多频带阻滤波器的设计难度。首先,本文基于对称短路枝节多模谐振器,提出了一种阻带中心频率可控多频带阻滤波器设计方法。通过在分裂结构上增加对称开路枝节来实现阻带数量的增加,从而实现带阻滤波电路多频设计,且每个阻带的中心频率可控,易于调节。然后,为了实现更高的阻带衰减幅度,基于对称开路枝节多模谐振器,提出了一种具有高阻带衰减幅度的多频带阻滤波器设计方法,通过对称枝节数量控制阻带数目来实现滤波电路的多频设计。最后,基于非对称树状枝节多模谐振器,提出了一种小型化多频带阻滤波器设计方法,实现的多频带阻滤波器结构紧凑并且阻带反射特性良好。3.研究了高效的时域混合算法,对多频滤波器在复杂电磁环境下的可靠性进行了分析。多频滤波器多为微带线结构,耐受功率小。通信系统中的传输线在空间强电磁干扰源的作用下必然会耦合产生干扰信号进而作用到滤波器造成干扰或破坏,影响滤波器的可靠性。因此,评估滤波器的可靠性,需要获取空间电磁干扰源在滤波器输入和输出端口的电压响应。考虑到微带多频滤波器的尺寸精细,直接建模困难。本文提出了一种高效的时域混合算法,在避免对滤波器结构直接建模的条件下,实现滤波器端口干扰信号响应的快速计算。首先,基于时域有限差分方法与传输线方程相结合的混合算法(FDTD-TL算法),结合MPI并行技术和自动网格剖分技术,研究了FDTD-TL并行算法,实现了空间电磁场作用通信系统屏蔽腔内传输线的电磁耦合快速计算。然后,将滤波器的作用通过其S参数进行等效提取以避免对实际结构的直接建模,建立干扰信号对滤波器作用的信号流图模型,并结合FDTD-TL并行算法,研究了一种高效的时域混合算法,快速计算得到干扰信号作用滤波器之后的滤波器输入和输出端口的电压响应。在此基础上,模拟和分析了强电磁脉冲源和宽频带电磁信号作用下的多频滤波器输入和输出端口的电压响应特性,以此评估滤波器在复杂电磁环境下的可靠性。研究表明,为了保证滤波器在抑制杂波的同时,提高其在复杂电磁环境下的可靠性,需要根据干扰信号的特征选取合适的限幅器件加载到滤波器之前。